基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，主要由傳動(dòng)裝置，為傳動(dòng)裝置提供驅(qū)動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)（1）和主電機(jī)（6），與發(fā)動(dòng)機(jī)（1）的曲軸相連接的扭轉(zhuǎn)減震器（2），與扭轉(zhuǎn)減震器（2）相連接的組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)，與組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)、主電機(jī)（6）和傳動(dòng)裝置三者均相連接的動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)，與主電機(jī)（6）相連接的主電機(jī)控制器（12）、與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)（4）相連接的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器（11），以及為主電機(jī)（6）和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)（4）提供電能的動(dòng)力電池（13）組成。本發(fā)明不僅整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，軸向尺寸短、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，而且易于集成和布置為雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，適用于深度混合動(dòng)力車型（HEV）和插電式混合動(dòng)力車型（PHEV）。
【專利說明】基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種汽車動(dòng)力系統(tǒng)，具體是指一種基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著全球環(huán)境的不斷惡化以及石油能源的日益短缺，傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)越來越面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。節(jié)能環(huán)保的新能源汽車已得到世界各國(guó)的高度重視，并成為各國(guó)的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)和專家學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)。純電動(dòng)汽車是新能源車發(fā)展的重要方向之一，但目前電池技術(shù)尚未成熟、充電網(wǎng)絡(luò)尚不完善等因素制約了純電動(dòng)汽車的發(fā)展；燃料電池也是新能源車發(fā)展的重要方向，但目前燃料電池價(jià)格過高、制氫儲(chǔ)氫困難、加氫站基礎(chǔ)設(shè)施不完善等因素，決定了燃料電池汽車的發(fā)展需要長(zhǎng)期的過程?；旌蟿?dòng)力技術(shù)特別是深度混合動(dòng)力和插電式混合動(dòng)力能大幅度降低燃油消耗和改善排放,從整車增加成本和技術(shù)成熟度分析，是最合理的、更易產(chǎn)品化的技術(shù)選擇。
[0003]十幾年來，國(guó)外各大汽車公司紛紛推出了混合動(dòng)力車型，如豐田Prius，其傳動(dòng)系統(tǒng)采用的是行星齒輪結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高等特點(diǎn)，屬深度混合動(dòng)力系統(tǒng)，然而該傳動(dòng)系統(tǒng)本身固有的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能所引起的能量流損失，卻給其節(jié)油效果帶來了一定的影響。同樣，通用、克萊斯勒、寶馬聯(lián)合開發(fā)的Tahoe和GMCYukon雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，兩種模式分別對(duì)應(yīng)低速和高速行駛工況，其性能卓越、節(jié)油效果好，也屬深度混合動(dòng)力系統(tǒng)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、集成難度大，成本較高。
[0004]同樣，國(guó)內(nèi)企業(yè)和研究單位也都紛紛投入了大量的人力、物力和財(cái)力，在混合動(dòng)力系統(tǒng)及耦合裝置技術(shù)上取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，為中國(guó)新能源汽車的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)，但其效果并不是十分理想。
[0005]綜上所述，目前混合動(dòng)力車型的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、集成難度較大，不能滿足高效、可靠、緊湊、質(zhì)輕、成本低及高度集成和批量生產(chǎn)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服目前混合動(dòng)力車型存在的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、集成難度較大，不能滿足高效、可靠、緊湊、質(zhì)輕、成本低及高度集成和批量生產(chǎn)的缺陷，提供一種能有效解決上述問題的基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，主要由傳動(dòng)裝置，為傳動(dòng)裝置提供驅(qū)動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)和主電機(jī)，與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連接的扭轉(zhuǎn)減震器，與扭轉(zhuǎn)減震器相連接的組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)，與組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)、主電機(jī)和傳動(dòng)裝置三者均相連接的動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)，與主電機(jī)相連接的主電機(jī)控制器、與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)相連接的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器，以及為主電機(jī)和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)提供電能的動(dòng)力電池組成。
[0008]進(jìn)一步地，所述組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)由行星排I和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)組成，該行星排I的太陽輪I和齒圈I分別與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子相連接，行星排I的行星架I則與扭轉(zhuǎn)減震器連接。
[0009]所述動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)由離合器Cl、離合器C2以及行星排II組成；其中，離合器Cl分別與行星排II的行星架II和傳動(dòng)裝置相連接，離合器C2則分別與行星排II的太陽輪II和主電機(jī)相連接。
[0010]所述傳動(dòng)裝置由與行星架II相連接的過渡齒輪，與過渡齒輪相連接的主減速器，以及與主減速器相連接的差速器組成。
[0011]為了更好確保使用效果，在行星排II的齒圈上還設(shè)有制動(dòng)器B。
[0012]所述雙轉(zhuǎn)子電機(jī)為無刷型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，其是由徑向式永磁磁路結(jié)構(gòu)的內(nèi)電機(jī)，以及設(shè)置在內(nèi)電機(jī)外側(cè)的勵(lì)磁磁路結(jié)構(gòu)的外電機(jī)組成。
[0013]本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0014](I)本發(fā)明不僅整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，軸向尺寸短、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，而且易于集成和布置為雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，適用于深度混合動(dòng)力車型(HEV)和插電式混合動(dòng)力車型(PHEV)。
[0015](2)本發(fā)明能顯著的改善電機(jī)的傳遞效率、降低了二次損失，減少了機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的比例，因此能有效的提高和改善車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性以及排放性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理圖。
[0017]圖2為本發(fā)明的主電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式杠桿模擬圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)與停車充電模式杠桿模擬圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式一杠桿模擬圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)一檔傳動(dòng)模式杠桿模擬圖；
[0021]圖6為本發(fā)明的混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式二杠桿模擬圖；
[0022]圖7為本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)二檔傳動(dòng)模式杠桿模擬圖；
[0023]圖8為本發(fā)明的混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式一杠桿模擬圖；
[0024]圖9為本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)三檔傳動(dòng)模式杠桿模擬圖；
[0025]圖10為本發(fā)明的混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式二杠桿模擬圖；
[0026]圖11為本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)四檔傳動(dòng)模式杠桿模擬圖；
[0027]圖12為本發(fā)明的低速模式能量回饋一杠桿模擬圖；
[0028]圖13為本發(fā)明的低速模式能量回饋二杠桿模擬圖；
[0029]圖14為本發(fā)明的高速模式能量回饋杠桿模擬圖；
[0030]圖15為本發(fā)明的倒車工作模式杠桿模擬圖。
[0031]以上附圖中的附圖標(biāo)記名稱為:
[0032]I一發(fā)動(dòng)機(jī)，2—扭轉(zhuǎn)減震器，3—行星排I，4一雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，5—行星排11，6—主電機(jī)，7—過渡齒輪，8—主減速器，9—差速器，10—車輪，11—雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器，12—主電機(jī)控制器，13一動(dòng)力電池,31一行星架I , 32一太陽輪I , 33—齒圈I , 41一內(nèi)轉(zhuǎn)子，42—外轉(zhuǎn)子，51一行星架II，52一太陽輪II，53—齒圈II?！揪唧w實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0034]實(shí)施例
[0035]如圖1所示，本發(fā)明的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)包括有傳動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)1、扭轉(zhuǎn)減震器2、組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)、動(dòng)力稱合機(jī)構(gòu)、主電機(jī)6、雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器11、主電機(jī)控制器12及動(dòng)力電池13這幾大部分。其中，組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)和動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)為動(dòng)力的分配和耦合機(jī)構(gòu)，連接時(shí)，主電機(jī)6、組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)裝置均與動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)相連接。
[0036]其中，以柴/汽油為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)I和以電池為動(dòng)力的主電機(jī)6為本發(fā)明的兩個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)部件。所述的組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)由行星排I 3和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4組成，動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)由離合器Cl、離合器C2以及行星排II 5組成，而傳動(dòng)裝置則由過渡齒輪7、主減速器8以及差速器9組成。車輪10則通過連桿與差速器9相連接。
[0037]裝配時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)I的曲軸輸出端經(jīng)扭轉(zhuǎn)減震器2與行星排I 3的行星架I 31相連接；行星排I 3的太陽輪I 32和齒圈I 33分別與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4的內(nèi)轉(zhuǎn)子41和外轉(zhuǎn)子42相連接；雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4的內(nèi)轉(zhuǎn)子41和外轉(zhuǎn)子42又分別經(jīng)離合器C2和離合器Cl與行星排II 5的太陽輪II 52和行星架II 51連接，同時(shí)主電機(jī)6的轉(zhuǎn)子軸還與離合器C2相連接。
[0038]在行星排II 5的齒圈II 53上連接有制動(dòng)器B ;行星排II 5的太陽輪II 52接收混聯(lián)低速模式動(dòng)力(含發(fā)動(dòng)機(jī)一、二檔)和純電動(dòng)模式動(dòng)力，而行星架II 51則接收混聯(lián)高速模式動(dòng)力(含發(fā)動(dòng)機(jī)三、四檔)。同時(shí)，行星架II 51也是動(dòng)力系統(tǒng)的輸出齒輪，并與過渡齒輪7的齒輪嚙合，其輸出動(dòng)力由行星架II 51經(jīng)過渡齒輪7向主減速器8的主動(dòng)輪齒輪及從動(dòng)輪齒輪、差速器9、車輪10傳遞。動(dòng)力電池13分別通過雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器11、主電機(jī)控制器12與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4和主電機(jī)6實(shí)現(xiàn)高壓電連接。
[0039]在實(shí)際制作過程中，為了使得結(jié)構(gòu)更為緊湊，可優(yōu)先將扭轉(zhuǎn)減震器2、行星排I 3、雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4、離合器Cl、離合器C2、行星排II 5、制動(dòng)器B、主電機(jī)6、過渡齒輪7、主減速器8及差速器9集成一體，構(gòu)成變速驅(qū)動(dòng)橋。
[0040]為了確保實(shí)際運(yùn)行效果，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4優(yōu)先采用無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，即其是由一個(gè)徑向式永磁磁路結(jié)構(gòu)的內(nèi)電機(jī)與一個(gè)勵(lì)磁磁路結(jié)構(gòu)的外電機(jī)組成。其中，內(nèi)電機(jī)由輸出(輸入)軸、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁磁鋼、內(nèi)轉(zhuǎn)子鐵心和內(nèi)轉(zhuǎn)子內(nèi)繞組組成；外電機(jī)由定子繞組、定子鐵心、外轉(zhuǎn)子鐵心、輸入(輸出)軸和外轉(zhuǎn)子外繞組組成；無刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)兩端分別設(shè)置有內(nèi)外轉(zhuǎn)子的輸入(出)軸。
[0041]外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速關(guān)系式:η= [60X (f 1± f 2)]/ ( P + q) (r/min)，其中，60 為時(shí)間轉(zhuǎn)換常數(shù)，fl等效為內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體之旋轉(zhuǎn)頻率，f2為定子繞組電源之頻率，p、q為雙轉(zhuǎn)子電機(jī)極對(duì)數(shù)。
[0042]由于有刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)的內(nèi)轉(zhuǎn)子繞組需通過集電環(huán)和電刷輸送電流，而集電環(huán)和電刷的存在會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的可靠性降低，維護(hù)量增大，因此本申請(qǐng)中不推薦使用有刷雙轉(zhuǎn)子電機(jī)。
[0043]運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)I的曲軸經(jīng)扭轉(zhuǎn)減震器2與行星排I 3的行星架I 31 —起旋轉(zhuǎn)，行星排I 3的太陽輪I 32和齒圈I 33分別與內(nèi)轉(zhuǎn)子41和外轉(zhuǎn)子42同步旋轉(zhuǎn)。行星排I 3與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4的這種對(duì)接，并在主電機(jī)6的配合下，便構(gòu)成了兩個(gè)動(dòng)力分配模式，即雙模式。為描述方便，將行星排I 3的太陽輪I 32經(jīng)離合器C2輸出的動(dòng)力，簡(jiǎn)稱為混聯(lián)低速模式；行星排I 3的齒圈I 33經(jīng)離合器Cl輸出的動(dòng)力，簡(jiǎn)稱為混聯(lián)高速模式。
[0044]整車控制器通過CAN信號(hào)與發(fā)動(dòng)機(jī)I等控制單元通訊，實(shí)時(shí)接收動(dòng)力系統(tǒng)各單元工作狀態(tài)，并根據(jù)駕駛員需求和車輛行駛，實(shí)現(xiàn)對(duì)雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)各種工作模式的管理和各單元工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)控制。
[0045]下面對(duì)本申請(qǐng)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)的14種工作模式進(jìn)行闡述，為了便于闡述，現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)比進(jìn)行設(shè)定:混聯(lián)低速/含純電動(dòng)=il，混聯(lián)高速=?3 ;一檔傳動(dòng)模式(低速檔)il >二檔傳動(dòng)模式(中速檔)?2 >三檔傳動(dòng)模式(直接檔)?3 >四檔傳動(dòng)模式(超速檔)i4。
[0046](I)主電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式。當(dāng)動(dòng)力電池13的電量處于正常范圍時(shí)，系統(tǒng)以純電動(dòng)模式工作；此時(shí)，離合器Cl分離、離合器C2接合、制動(dòng)器B接合、發(fā)動(dòng)機(jī)I停止、雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4空轉(zhuǎn)而不發(fā)電，車輛僅由主電機(jī)6經(jīng)行星排II 5以i I傳動(dòng)比減速增矩輸出驅(qū)動(dòng)力，并經(jīng)主減速器8驅(qū)動(dòng)車輛。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖2所示。
[0047](2)發(fā)動(dòng)機(jī)停車起動(dòng)模式。當(dāng)車輛駐車時(shí)，行星排II 5的行星架II 51被固定；此時(shí)，離合器Cl分離、離合器C2接合、制動(dòng)器B接合、行星排I 3的太陽輪I 32和內(nèi)轉(zhuǎn)子41間接被固定。雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4以電動(dòng)方式工作，由外轉(zhuǎn)子42帶動(dòng)行星排I的齒圈I 33旋轉(zhuǎn)，并通過行星架I 31起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)I。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖3所示。
[0048](3)停車充電模式。車輛在停車狀態(tài)下，如果動(dòng)力電池13的電量低于設(shè)定值，則起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)I ;起動(dòng)后，通過行星排I 3把發(fā)動(dòng)機(jī)I的動(dòng)力傳遞給雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4，此時(shí)，行星排
I3的太陽輪I 32和內(nèi)轉(zhuǎn)子41間接被固定，外轉(zhuǎn)子42在發(fā)動(dòng)機(jī)I的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)并發(fā)電，為動(dòng)力電池13充電。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖3所示。
[0049](4)混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式一，即起步和低負(fù)荷模式。當(dāng)動(dòng)力電池13的電量低于設(shè)定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)I起動(dòng)，并帶動(dòng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4的外轉(zhuǎn)子42以發(fā)電方式工作，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)I的機(jī)械功率經(jīng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4解耦后轉(zhuǎn)矩透過，并由內(nèi)轉(zhuǎn)子41和太陽輪I 32直接經(jīng)離合器C2傳遞于行星排II 5的太陽輪II 52，行星排II 5以il傳動(dòng)比減速增矩輸出驅(qū)動(dòng)力，再經(jīng)主減速器8驅(qū)動(dòng)車輛；而雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4的內(nèi)外轉(zhuǎn)子形成轉(zhuǎn)速差一發(fā)電，一部分電能對(duì)動(dòng)力電池13充電，一部分經(jīng)主電機(jī)控制器12變頻后輸送給主電機(jī)6也參與驅(qū)動(dòng)車輛(增矩)；而轉(zhuǎn)速差(發(fā)電)為雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4目標(biāo)轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩差(增矩)為主電機(jī)6目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖4所示。
[0050](5)發(fā)動(dòng)機(jī)一檔傳動(dòng)模式。隨著車速的提升，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4內(nèi)外轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差和兩電機(jī)間的能量流逐漸減小，行星排I 3 (含行星排II 5)的太陽輪I 32轉(zhuǎn)速逐漸提升，而行星排I 3的齒圈I 33轉(zhuǎn)速逐漸下降，當(dāng)兩者接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4由發(fā)電方式轉(zhuǎn)入電動(dòng)堵轉(zhuǎn)(自然同步)方式工作，行星排I 3被鎖止，即形成一檔傳動(dòng)模式，系統(tǒng)完全依靠機(jī)械方式傳輸發(fā)動(dòng)機(jī)I的動(dòng)力，從而提高能量傳動(dòng)效率。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖5所示。
[0051](6)混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式二。在一檔傳動(dòng)模式下，隨著車速的進(jìn)一步提升，發(fā)動(dòng)機(jī)I逐漸偏離經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域，這時(shí)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4從電動(dòng)堵轉(zhuǎn)工作方式退出，行星排I 3解鎖，系統(tǒng)從一檔傳動(dòng)模式切換至該混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式。在車速逐漸提升的同時(shí)，轉(zhuǎn)矩需求逐漸減小，此時(shí)，主電機(jī)6以發(fā)電方式工作(試圖阻止太陽輪II 52運(yùn)轉(zhuǎn)/減矩)，電能經(jīng)主電機(jī)控制器12、雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器11輸送給雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4,雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4內(nèi)外轉(zhuǎn)子以反向電動(dòng)方式對(duì)轉(zhuǎn)工作(試圖阻止發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)/增速)，混聯(lián)低速模式減矩增速，行星排II 5繼續(xù)以il傳動(dòng)比減速增矩，輸出驅(qū)動(dòng)力至主減速器8驅(qū)動(dòng)車輛。該模式下速度(轉(zhuǎn)速）杠桿模擬圖詳見 圖6所示。
[0052](7)發(fā)動(dòng)機(jī)二檔傳動(dòng)模式。在混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式下，隨著車速的進(jìn)一步提升，行星 排II 5的行星架II 51轉(zhuǎn)速逐漸升高，而行星排I 3在內(nèi)外轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下，太陽輪I 32 轉(zhuǎn)速逐漸上升，齒圈I 33轉(zhuǎn)速逐漸下降，當(dāng)行星排I 3的齒圈I 33與行星排II 5的行星架 II 51接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，離合器C1接合，形成二檔傳動(dòng)模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)1的動(dòng)力又完全以 機(jī)械傳動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)車輪。該模式下速度(轉(zhuǎn)速）杠桿模擬圖詳見圖7所示。
[0053](8)混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式一。在二檔傳動(dòng)模式下，隨著車輛提速，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)又 需調(diào)整，調(diào)整方式是只將二檔傳動(dòng)模式下的離合器C2分離，維持離合器C1接合。此時(shí)系統(tǒng) 將進(jìn)入該混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式，其原理與“混聯(lián)低速驅(qū)動(dòng)模式”相似，不同之處是：其一，雙轉(zhuǎn) 子電機(jī)4以發(fā)電方式與行星排I 3—起反向運(yùn)轉(zhuǎn)；其二，發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率經(jīng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)解 耦后轉(zhuǎn)矩透過，并由外轉(zhuǎn)子42和齒圈I 33經(jīng)離合器C1傳遞于行星排II 5的行星架II (過 渡齒輪7/傳動(dòng)比i3)，直接經(jīng)主減速器、差速器驅(qū)動(dòng)車輛；其三，主電機(jī)繼續(xù)以il傳動(dòng)比減 速增矩參與驅(qū)動(dòng)車輛。該模式下速度(轉(zhuǎn)速）杠桿模擬圖詳見圖8所示。
[0054](9)發(fā)動(dòng)機(jī)三檔傳動(dòng)模式。車輛以混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式運(yùn)行時(shí)，隨著車速的繼續(xù)上 升，行星排I的齒圈I 33轉(zhuǎn)速逐漸提升，太陽輪I 32轉(zhuǎn)速逐漸下降，當(dāng)兩者接近同步轉(zhuǎn)速 時(shí)，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4由發(fā)電方式轉(zhuǎn)入電動(dòng)堵轉(zhuǎn)方式工作,行星排I 3被鎖止，形成三檔傳動(dòng)模 式，即直接檔；系統(tǒng)在三檔驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，制動(dòng)器B分離，離合器C2接合，行星排II 5同被鎖 止。此檔也用于高速巡航，并由主電機(jī)6輔助助力或行車充電。該模式下速度(轉(zhuǎn)速）杠桿 模擬圖詳見圖9所示。
[0055](10)混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式二。在三檔傳動(dòng)模式下，車輛再提速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)1隨之提 速。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)1工作點(diǎn)不再有高效率要求時(shí)，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4退出電動(dòng)堵轉(zhuǎn)工作方式，行星排 I 3解鎖(行星排II 5伴隨解鎖)，離合器C1、離合器C2維持接合，制動(dòng)器B維持分離，系統(tǒng) 從三檔傳動(dòng)模式切換至該混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式。在該模式下，發(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出動(dòng)力一部分由 雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4內(nèi)外轉(zhuǎn)子以反向電動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)方式向行星排II 5的行星架II 51和過渡齒輪7傳 遞動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩M1)，另一部分又被分成直接驅(qū)動(dòng)行星排II 5的行星架II 51和過渡齒輪7的機(jī) 械動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩T1)和驅(qū)動(dòng)主電機(jī)6發(fā)電的動(dòng)力(轉(zhuǎn)矩T2)，其電能經(jīng)主電機(jī)控制器12、雙轉(zhuǎn)子 電機(jī)控制器11輸送給雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4。該模式下轉(zhuǎn)矩(角速度）杠桿模擬圖詳見圖10所示。
[0056]其中，T0=M3+ T3 M3 = Ml = -M2X (1ZR + 1ZS)/1ZS
[0057]T3 = T1 + T2 T = T1 + Ml
[0058]式中：T0發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、-M2反向電動(dòng)轉(zhuǎn)矩、T3輸入分配轉(zhuǎn)矩、T動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)矩
[0059]若不計(jì)系統(tǒng)損失 T2?2 = M1?1’ T2 ? 2與Ml ? 1’為發(fā)電與電動(dòng)之間傳遞 的電功率。
[0060]在該模式下，當(dāng)T0—定時(shí)，若要繼續(xù)提速，需減小《2和加大《1’，這樣勢(shì)必加大 T2，減小Ml ;所以，提速過程是T3逐漸增大，M3逐漸減小的過程，而T2的加大，Ml的減小， 促使行星排I 3的太陽輪I 32轉(zhuǎn)速下降，齒圈I 33轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)矩T減小，發(fā)動(dòng)機(jī)1功率 流向齒圈（T1? 1)，汽車進(jìn)入高速運(yùn)行，此時(shí)輸出轉(zhuǎn)速大于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0061]( 11)發(fā)動(dòng)機(jī)四檔傳動(dòng)模式。汽車在混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式二下高速運(yùn)行，隨著車輛的 繼續(xù)提速，當(dāng)行星排I 3的太陽輪I 32轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，主電機(jī)6從發(fā)電方式轉(zhuǎn)入電動(dòng)堵轉(zhuǎn)方式工作，經(jīng)離合器C2固定行星排I 3的太陽輪I 32，形成四檔傳動(dòng)模式，即超速檔。此檔也用于高速巡航，并由雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4輔助助力或行車充電。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖11所示。
[0062]( 12)加速模式。車輛(系統(tǒng))工作在混聯(lián)低速、混聯(lián)高速驅(qū)動(dòng)模式或發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)模式下的急加速:
[0063](12.1)當(dāng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4以發(fā)電方式工作時(shí)，除提高發(fā)動(dòng)機(jī)I輸出功率外，動(dòng)力電池13也對(duì)主電機(jī)6提供額外動(dòng)力，這時(shí)車輛傳動(dòng)軸的總輸出功率為:通過雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4直接傳遞的機(jī)械功率+兩電機(jī)之間傳遞的電功率+動(dòng)力電池對(duì)主電機(jī)提供的電功率；其中動(dòng)力電池13提供瞬時(shí)加速動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)I輸出功率緩慢上升。
[0064](12.2)當(dāng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4以電動(dòng)方式工作時(shí)，除提高發(fā)動(dòng)機(jī)I輸出功率外，主電機(jī)6由發(fā)電方式/退出發(fā)電/轉(zhuǎn)入電動(dòng)，動(dòng)力電池13不僅對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4提高額外動(dòng)力，也對(duì)主電機(jī)6提供額外動(dòng)力。
[0065](12.3)當(dāng)工作在高速驅(qū)動(dòng)模式二時(shí)，除提高發(fā)動(dòng)機(jī)I輸出功率外，主電機(jī)6繼續(xù)以發(fā)電方式向雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4提供電功率，動(dòng)力電池13則對(duì)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4提供額外動(dòng)力。
[0066](12.4)當(dāng)工作在發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)模式時(shí)，除提高發(fā)動(dòng)機(jī)I輸出功率外，動(dòng)力電池13也對(duì)主電機(jī)6或雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4提供輔助動(dòng)力。一至三檔由主電機(jī)6輔助助力，四檔由雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4輔助助力。
[0067](13)制動(dòng)能量回饋模式。車輛減速或制動(dòng)時(shí)，在動(dòng)力電池13的SOC允許的情況下，車輛動(dòng)能通過驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)主電機(jī)6或雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4以發(fā)電機(jī)方式工作，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，給動(dòng)力電池13充電；本發(fā)明對(duì)應(yīng)不同的驅(qū)動(dòng)模式和相應(yīng)的車速共有三種能量回饋工作模式，每一模式下發(fā)電機(jī)均可獲得較高的轉(zhuǎn)速，使能量回饋更充分和高效。
[0068](13.1)當(dāng)系統(tǒng)工作在主電機(jī)6單獨(dú)驅(qū)動(dòng)模式和二檔傳動(dòng)模式以下時(shí)(離合器Cl分離)，發(fā)動(dòng)機(jī)I停止工作，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4以發(fā)電機(jī)方式回饋能量，此時(shí)主電機(jī)6空轉(zhuǎn)，即為低速模式能量回饋一。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖12所示。
[0069](13.2)當(dāng)系統(tǒng)工作在二檔傳動(dòng)模式與三檔傳動(dòng)模式之間時(shí)(行星排I 3和行星排
II5共同鎖止之前)，發(fā)動(dòng)機(jī)I停止工作，主電機(jī)6以發(fā)電機(jī)方式回饋能量，此時(shí)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4空轉(zhuǎn)，即為低速模式能量回饋二。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖13所示。
[0070](13.3)當(dāng)系統(tǒng)工作在三檔傳動(dòng)模式及以上時(shí)，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4退出電動(dòng)堵轉(zhuǎn)工作方式，行星排I 3和行星排II 5自然解鎖，此時(shí)離合器Cl、離合器C2維持接合，制動(dòng)器B維持分離。車輛從較高速度開始減速時(shí)，因受雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4轉(zhuǎn)速限制以及保護(hù)行星排，發(fā)動(dòng)機(jī)I以預(yù)定速度繼續(xù)工作(轉(zhuǎn)速緩降)，在車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和行星排I 3的共同協(xié)調(diào)下，雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間有足夠的轉(zhuǎn)速差來發(fā)電及能量回饋；隨著車速的進(jìn)一步下降，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作，內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間繼續(xù)保持一定的轉(zhuǎn)速差，此過程中，主電機(jī)空轉(zhuǎn)，即為高速模式能量回饋。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖14所示。
[0071]14、倒車工作模式。在動(dòng)力電池13S0C處于正常值范圍內(nèi)時(shí)，主電機(jī)6作為電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)工作，驅(qū)動(dòng)車輛倒車；當(dāng)SOC下降到設(shè)定值時(shí)，起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1，帶動(dòng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)4的外轉(zhuǎn)子發(fā)電，產(chǎn)生的電能經(jīng)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器11、主電機(jī)控制器12輸送給主電機(jī)6,主電機(jī)6以電動(dòng)方式反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)車輛倒車。該模式下速度(轉(zhuǎn)速)杠桿模擬圖詳見圖15所示。
[0072]綜上所示，本系統(tǒng)的主要工作模式列表如下:
【權(quán)利要求】
1.基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，主要由傳動(dòng)裝置，為傳動(dòng)裝置提供驅(qū)動(dòng)力的發(fā)動(dòng)機(jī)(I)和主電機(jī)(6)，與發(fā)動(dòng)機(jī)(I)的曲軸相連接的扭轉(zhuǎn)減震器(2)，與扭轉(zhuǎn)減震器(2)相連接的組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)，與組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)、主電機(jī)(6)和傳動(dòng)裝置三者均相連接的動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)，與主電機(jī)(6)相連接的主電機(jī)控制器(12)、與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)(4)相連接的雙轉(zhuǎn)子電機(jī)控制器(11)，以及為主電機(jī)(6)和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)(4)提供電能的動(dòng)力電池(13)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述組合式動(dòng)力分配機(jī)構(gòu)由行星排I (3)和雙轉(zhuǎn)子電機(jī)(4)組成，該行星排I (3)的太陽輪I (32)和齒圈I (33)分別與雙轉(zhuǎn)子電機(jī)(4)的內(nèi)轉(zhuǎn)子(41)和外轉(zhuǎn)子(42)相連接，行星排I (3)的行星架I (31)則與扭轉(zhuǎn)減震器(2)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述動(dòng)力耦合機(jī)構(gòu)由離合器Cl、離合器C2以及行星排II (5)組成；其中，離合器Cl分別與行星排II (5)的行星架II (51)和傳動(dòng)裝置相連接，離合器C2則分別與行星排II (5)的太陽輪II (52)和主電機(jī)(6)相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述傳動(dòng)裝置由與行星架II (51)相連接的過渡齒輪(7)，與過渡齒輪(7)相連接的主減速器(8)，以及與主減速器(8)相連接的差速器(9)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，在行星排II (5)的齒圈II (53)上還設(shè)有制動(dòng)器B。
6.根據(jù)權(quán)利要求2?5任一項(xiàng)所述的基于雙轉(zhuǎn)子電機(jī)與行星輪機(jī)構(gòu)的雙模式混合動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述雙轉(zhuǎn)子電機(jī)(4)為無刷型雙轉(zhuǎn)子電機(jī)，其是由徑向式永磁磁路結(jié)構(gòu)的內(nèi)電機(jī)，以及設(shè)置在內(nèi)電機(jī)外側(cè)的勵(lì)磁磁路結(jié)構(gòu)的外電機(jī)組成。
【文檔編號(hào)】B60K6/38GK103625263SQ201310642134
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】李劍波, 武小花 申請(qǐng)人:四川汽車工業(yè)股份有限公司